KR102007137B1 - Cutterring alloy steel for tunnel boring and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터널굴착기용 커터링 합금강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커터링 합금강이 높은 경도를 유지하면서 전체 부위에 대하여 균일한 경도 분포를 가지는 터널굴착기용 커터링 합금강을 열처리하는 방법 및 이의 합금강에 관한 것이다. The present invention relates to a cutter ring alloy steel for tunnel excavators and a method of manufacturing the same, and more particularly, a method of heat-treating the cutter ring alloy steel for tunnel excavators having a uniform hardness distribution over the entire site while maintaining a high hardness. And alloy steels thereof.
터널굴착기 TBM(Tunnel Boring Machine)은, 다수의 디스크 커터가 전면에 장착되어 있는 커터헤드를 회전시켜, 전 단면 암반을 압쇄 굴착하여 굴진하면서 터널을 시공하는데 이용되는 장비이며, 이를 이용한 시공방법을 통상 TBM공법이라 한다.Tunnel Excavator TBM (Tunnel Boring Machine) is a equipment used to construct a tunnel while rotating the cutter head on which a large number of disc cutters are mounted on the front surface, and crushing and excavating the rock on all sections. It is called TBM method.
TBM공법은 터널굴착기를 사용하여 굴진하고 버력을 반출, 지보작업TBM method uses tunnel excavator to excavate, take out force, support work
(Steel Rib 조립 등)을 연속적으로 수행하여 터널을 시공하는 것으로, 종래의 발파-굴착(NATM)에 의한 기존 공법에 비해 시공의 고속화 및 안정성향상, 환경성 및 경제성이 향상된 장점을 갖춘 공법이다.By constructing the tunnel by continuously performing (Steel Rib assembly, etc.), it is a method that has the advantages of high speed and stability, improved environmental and economical efficiency compared to the conventional method by conventional blasting-excavation (NATM).
Hard Rock TBM 터널굴착기는 본체, 후속설비, 부대시설로 구성되고, 본체는 커터, 커터헤드, 추진시스템, 클램핑 시스템, 이렉터 등이 있고, 후속설비에는 벨트컨베이어, 광차가 있고, 부대시설은 버력처리장, 오탁수정화시설, 환기시설, 수전설비, 급수설비, 배수설비, 슬러리 실드 TBM은 송,배니 시스템 등으로 구성된다.Hard Rock TBM Tunnel Excavator is composed of main body, follow-up equipment and auxiliary facilities. The main body includes cutter, cutter head, propulsion system, clamping system, and director, and follow-up facilities include belt conveyor and tram. Treatment plant, polluted water purification facility, ventilation facility, faucet facility, water supply facility, drainage facility, slurry shield TBM is composed of song and banney system.
실드 TBM 상기 본체는 크게 후드부, 거더부, 테일부의 3부분으로 구성되며, 후드부에는 회전하면서 지반과 맞닿아 원형의 굴착을 하는 커터헤드가 있고, 커터헤드 내에는 토사 및 암반지질 굴착시 사용되는 소모품인 커터비트 다수 또는 암반절삭 도구인 디스크 커터가 다수 배치되어 있다.Shield TBM The main body consists of three parts, the hood part, the girder part and the tail part, and the hood part has a cutter head which makes a circular excavation by contacting the ground while rotating, and is used for excavation of soil and rock lipid in the cutter head. Many cutter bits as consumables or disk cutters as rock cutting tools are arranged.
종래 한국등록특허 제10-1664307호에는, 합금분말야금으로 소결부를 소결하고, 이를 모재에 접합하는 방식으로 터널 굴착용 커터를 제조하는 것으로, 소결부를 별도로 성형해야하기 때문에 이로 인해 소요되는 공정 시간이 증가하고, 제조 공정이 복잡하기 때문에 불량이 발생할 염려가 높고 제작비가 고가인 문제점이 있었다.Conventional Korean Patent No. 10-1664307, by manufacturing a tunnel excavation cutter by sintering the sintered part by alloy powder metallurgy and joining it to the base material, the process time required due to this need to be molded separately Increasingly, the manufacturing process is complicated, there is a problem that the defect is high and the manufacturing cost is expensive.
또한 종래 한국등록특허 제10-13335447호에는 커터링을 열처리에 의한 퀀칭 공정을 수행하고, 후속하여 템퍼링 공정을 수행함으로써 비교적 낮은 경도값을 갖는 커터링 열처리방법이 개시되어 있다. 그러나, 한국등록특허 제10-13335447호에 개시된 바와 같이, 이와 같은 열처리 방법은 커터링 경도가 너무 낮기 때문에 추가적인 고주파 열처리 공정을 수행해야 하는 공정의 복잡성이 있었다. 또한, 추가적인 고주파 열처리 공정에 의해 커터링 경도의 상승을 확보할 수 있으나, 약 1000 ℃ 이상의 고온에 따른 열처리에 의해 커터링 내부조직이 파괴되는 문제가 있어서, 기존 염욕열처리, 고주파, 저주파 열처리 제작방식은 커터링의 돌출부가 열처리 고른 경도분포 및 높은 경도를 유지하는데 한계가 있어 좋은 품질을 기대하기 어려운 문제점이 있었다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-13335447 discloses a cutter heat treatment method having a relatively low hardness value by performing a quenching process by heat treatment of the cutter ring, followed by a tempering process. However, as disclosed in Korean Patent No. 10-13335447, such a heat treatment method has a complexity of a process of performing an additional high frequency heat treatment process because the cutter hardness is too low. In addition, it is possible to secure an increase in the cutter hardness by an additional high frequency heat treatment process, but there is a problem that the internal structure of the cutter ring is destroyed by the heat treatment according to the high temperature of about 1000 ℃ or more, conventional salt bath heat treatment, high frequency, low frequency heat treatment manufacturing method The projection of the silver cutter ring has a problem in that it is difficult to expect good quality because there is a limit in maintaining uniform hardness distribution and high hardness of heat treatment.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 추가적인 열처리 공정을 수행하지 않더라도 높은 경도를 유지하면서 커터링 전체 부위에 대하여 균일한 경도 분포를 가지는 터널굴착기용 커터링 합금강 및 그 제조방법을 제공함에 있으며, 또한 원재료의 손실율을 크게 절감하는 것은 물론 친환경공법인 형단조를 이용한 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법을 제공하고 하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and the alloy ring for tunnel excavator cutter alloy steel having a uniform hardness distribution over the entire portion of the cutter ring even if the additional heat treatment process is not performed, and a manufacturing method thereof In addition, it is also to significantly reduce the loss rate of raw materials, as well as to provide a method for producing a tunneling cutter alloy steel for tunnel excavator using the forging method, an environmentally friendly method.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other objects not specified in the present invention will be further considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and effects.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 열처리방법은 회전축과 결합되는 모재부와, 상기 모재부에 비해 상대적으로 좁은 폭을 가지도록 형성되며 반경 방향으로 길게 돌출된 돌출부로 이루어지는 단면 형상을 가지며,In order to achieve the above object, the alloy steel heat treatment method for a tunneling excavator cutter ring according to an embodiment of the present invention is formed to have a relatively narrow width compared to the base material portion and the base material portion, the radial axis and in the radial direction Has a cross-sectional shape consisting of a long projecting protrusion,
C 0.4 내지 1.6 중량%, Si 0.2 내지 1.2 중량%, Mn 0.2 내지 0.5 중량%, Cr 4 내지 13 중량%, Ni 0.1 내지 0.3 중량%, Mo 0.9 내지 1.5 중량%, V 0.2 내지 1.2 중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법으로, C 0.4-1.6 wt%, Si 0.2-1.2 wt%, Mn 0.2-0.5 wt%, Cr 4-13 wt%, Ni 0.1-0.3 wt%, Mo 0.9-1.5 wt%, V 0.2-1.2 wt%, balance Method for producing a cutter ring alloy steel for tunnel excavator having an alloy composition consisting of Fe and other unavoidable impurities,
a) 상기 합금 조성을 갖는 터널굴착기용 원소재를 1100 내지 1200 ℃에서 열간 형단조하는 단계; a) hot forging a tunnel excavator having the alloy composition at 1100 to 1200 ° C .;
b) 열간 형단조한 터널굴착기용 원소재를 820 내지 870 ℃에서 어닐링하는 단계; b) annealing the hot forged tunnel excavator raw material at 820 to 870 ° C .;
c) 어닐링한 터널굴착기용 원소재를 가공하여, 일정한 단면 형상을 가지는 가공품을 얻는 단계; c) processing the annealed tunnel excavator raw material to obtain a workpiece having a constant cross-sectional shape;
d) 상기 가공품을 1000 내지 1050 ℃에서 진공열처리로에서 일정시간 유지한 후 상온으로 급냉하는 경화 담금질 열처리 단계;d) a hardening quenching heat treatment step of maintaining the workpiece in a vacuum heat treatment furnace at 1000 to 1050 ° C. for a predetermined time and then quenching to room temperature;
e) 잔류 오스테나이트를 감축하기 위한 서브제로 냉각 단계; 및 e) subzero cooling to reduce residual austenite; And
f) 450 내지 540 ℃에서 템퍼링 열처리하여 터널굴착기용 커터링 합금강을 제조하는 단계;를 포함하며, f) tempering heat treatment at 450 to 540 ° C. to produce a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator;
상기 터널굴착기용 커터링 합금강은 횡단면 전체에 걸쳐 HRC 58 내지 65의 경도를 가지며, 커터링 횡단면 전체 경도의 표준편차가 HRC 1.0 이내인 것을 특징으로 하는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법을 포함한다. The cutter ring alloy steel for tunnel excavators has a hardness of HRC 58 to 65 over the entire cross section, and includes a method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators, characterized in that the standard deviation of the overall hardness of the cutter ring cross section is within HRC 1.0.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 상기 d) 단계의 경화 담금질 열처리는, In the method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention, the hardening hardening heat treatment of step d),
d1) 상기 가공품을 600 내지 700 ℃로 가열하는 1차 예열하는 단계; d1) preheating the workpiece to 600-700 ° C .;
d2) 800 내지 900 ℃로 승온한 후 유지하는 2차 예열하는 단계; d2) a second preheating step of maintaining the temperature after increasing the temperature to 800 to 900 ° C;
d3) 1000 내지 1050 ℃로 승온한 후 일정시간 유지하는 단계; 및d3) maintaining the constant temperature after raising the temperature to 1000 to 1050 ℃; And
d4) 상온으로 급냉하는 단계;로 이루어지는, 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법을 포함한다. d4) a step of quenching to room temperature; comprising, a method for producing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 상기 커터링 횡단면 전체의 경도가 HRC 60 내지 63인 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법을 포함한다. In a method of manufacturing a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator according to an embodiment of the present invention, the method includes a method of manufacturing a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator, wherein the hardness of the entire cutter ring cross section is HRC 60 to 63.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 상기 커터링 횡단면 전체의 경도에 대한 표준편차가 HRC 0.5 이내인 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법을 포함한다.In the method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention, the standard deviation of the hardness of the entire cutter ring cross section includes a method for manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators, characterized in that less than 0.5 HRC. .
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 상기 서브제로 냉각 단계가 -120 내지 -180℃에서 수행하는 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법일 수 있다.In the method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention, the sub-zero cooling step may be a method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators, characterized in that performed at -120 to -180 ℃.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 상기 서브제로 냉각 단계를 다단계에 걸쳐 수행하는 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법을 포함한다.In a method of manufacturing a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator according to an embodiment of the present invention, the method includes a method of manufacturing a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator, wherein the sub-zero cooling step is performed in multiple stages.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 상기 템퍼링 단계를 다단계에 걸쳐 수행하는 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법을 포함한다.In the method of manufacturing a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator according to an embodiment of the present invention, the method includes a method of manufacturing a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator characterized by performing the tempering step in multiple stages.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 상기 다단계의 템퍼링 단계의 온도는 1차 템퍼링 온도가 이후 템퍼링 온도보다 더 높은 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법일 수 있다.In the method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention, the temperature of the multi-step tempering step is characterized in that the first tempering temperature is higher than the tempering temperature after the tunneling excavator cutter alloy steel manufacturing method Can be.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 회전축과 결합되는 모재부와, 상기 모재부에 비해 상대적으로 좁은 폭을 가지도록 형성되며 반경 방향으로 길게 돌출된 돌출부로 이루어지는 단면 형상을 가지며, In the method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavator according to an embodiment of the present invention, the base material portion is coupled to the rotating shaft, and is formed to have a relatively narrow width compared to the base material portion and consists of a protrusion protruding in the radial direction long Has a cross-sectional shape,
C 0.4 내지 1.6 중량%, Si 0.2 내지 1.2 중량%, Mn 0.2 내지 0.5 중량%, Cr 4 내지 13 중량%, Ni 0.1 내지 0.3 중량%, Mo 0.9 내지 1.5 중량%, V 0.2 내지 1.2 중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 터널굴착기용 커터링 합금강으로, C 0.4-1.6 wt%, Si 0.2-1.2 wt%, Mn 0.2-0.5 wt%, Cr 4-13 wt%, Ni 0.1-0.3 wt%, Mo 0.9-1.5 wt%, V 0.2-1.2 wt%, balance A cutter ring alloy steel for tunnel excavators having an alloy composition consisting of Fe and other unavoidable impurities,
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법으로 제조됨으로써, HRC 58 내지 65의 경도를 가지고, 커터링 횡단면 전체 경도의 표준편차가 HRC 1.0 이내인 것을 특징으로 터널굴착기용 커터링 합금강을 포함한다.The method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavator according to any one of claims 1 to 9, having a hardness of HRC 58 to 65, characterized in that the standard deviation of the overall hardness of the cutter ring cross section is within HRC 1.0 Cutter ring alloy steel for tunnel excavators.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 상기 커터링 횡단면 전체의 경도가 HRC 60 내지 63인 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강일 수 있다. In the method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention, the entire hardness of the cutter ring cross section may be a cutter ring alloy steel for tunnel excavators characterized in that the HRC 60 to 63.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법에 있어, 상기 커터링 횡단면 전체의 경도에 대한 표준편차가 HRC 0.5 이내인 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강일 수 있다. In the method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention, the standard deviation of the hardness of the entire cutter ring cross section may be a cutter ring alloy steel for tunnel excavators, characterized in that less than 0.5 HRC.
본 발명에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법은 열간 형단조 공정을 포함함으로써, 커터링에 형성되는 메탈 플로우(metal flow)의 형상 및 조직이 세밀화되므로서, 종래 추가적인 열처리 공정을 수행하지 않더라도 커터링 전체 부위에 대하여 높은 경도를 가지면서 균일한 경도 분포를 가지는 터널굴착기용 커터링 합금강을 제공하는 효과가 있다. The method for manufacturing a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator according to the present invention includes a hot forging process, thereby minimizing the shape and structure of a metal flow formed in the cutter ring, so that the cutter may not be subjected to an additional heat treatment process. There is an effect of providing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators having a high hardness and uniform hardness distribution over the entire ring portion.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if the effects are not explicitly mentioned here, the effect described in the following specification, which is expected by the technical features of the present invention, and its potential effects are treated as described in the specification of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강의 제조방법을 도시한 공정순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강에 있어, 경도 및 미세 조직 측정을 위해 수직 절단한 단위 시편을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강에 있어 수직 절단한 단위 시편의 경도측정 지점을 나타내는 사진이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강에 대한 미세 조직 사진이다.1 is a perspective view showing a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to the exemplary embodiment of FIG. 1.
3 is a process flowchart showing a method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a photograph showing a unit specimen vertically cut to measure hardness and microstructure in a cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing a hardness measurement point of the vertically cut unit specimen in the cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a microstructure photograph of the cutter ring alloy steel for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 본원발명이 속한 기술분야에서 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The embodiments and drawings introduced below are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In addition, unless there is another definition in the technical and scientific terms used in the present invention, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the present invention in the following description and the accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter will be omitted.
본 발명을 상술함에 있어, 용어 「상온」은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서, 예를 들면, 약 10 내지 30℃, 약 20 내지 30℃, 약 25℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다.In describing the present invention, the term "room temperature" is a natural temperature that is not heated or reduced, for example, may mean a temperature of about 10 to 30 ℃, about 20 to 30 ℃, about 25 ℃. .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)의 A-A'단면을 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)의 제조방법을 도시한 공정순서도이다. 도 4 및 도 5는 커터링 합금강 단면의 경도를 측정한는 방법 및 지점에 관한 것이며, 도6는 터널굴착기용 커터링 합금강에 단면대한 미세 조직 사진이다.1 is a perspective view showing a cutter ring alloy steel 1 for a tunnel excavator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the cutter ring alloy steel 1 for tunnel excavators according to the embodiment of the present invention. 3 is a process flowchart showing a method of manufacturing a cutter ring alloy steel 1 for a tunnel excavator according to an embodiment of the present invention. 4 and 5 relate to a method and a point for measuring the hardness of a cutter ring alloy steel cross section, and FIG. 6 is a microstructure photograph of a cross section of a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)은, 회전축과 결합되는 모재부(10)와 상기 모재부(10)에 비해 상대적으로 좁은 폭을 가지도록 형성되며 반경 방향으로 길게 돌출된 돌출부(20)로 이루어진다. 여기서 "폭"은 회전축 길이 방향으로의 폭을 의미한다. 1 and 2, the cutter ring alloy steel 1 for a tunnel excavator according to an embodiment of the present invention has a relatively narrow width compared to the
상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1)은, 상기 모재부(10)와 돌출부(20)로 이루어진 단면형상에서, 전체적으로 약 HRC 58 내지 HRC 65의 경도를 가지도록 하며, 보다 바람직하게는 HRC 60 내지 63의 경도를 가지는 것이 좋다. 참고로 "HRC"는 로크웰 C 스케일 경도계로 측정한 경도를 나타내는 용어이다.The tunneling cutter steel alloy (1) has a hardness of about HRC 58 to HRC 65 as a whole, in the cross-sectional shape consisting of the
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1) 제조방법은 원소재 준비 단계(s100), 열간 형단조 단계(s200), 어닐링 단계(s300), 황삭 및 선삭 가공 단계(s400), 경화하기 위한 담금질 열처리 단계(s500), 서브제로 냉각 단계(s600), 템퍼링 열처리 단계(s700) 및 정삭 가공 단계(s800)을 포함하여 이루어진다. Referring to Figure 3, the tunneling excavator cutter alloy steel 1 manufacturing method according to an embodiment of the present invention is a raw material preparation step (s100), hot die forging step (s200), annealing step (s300), roughing and Turning step (s400), quenching heat treatment step for hardening (s500), sub-zero cooling step (s600), tempering heat treatment step (s700) and finishing processing step (s800) is made.
상기 원소재 준비 단계(s100)는 C 0.4 내지 1.6 중량%, Si 0.2 내지 1.2 중량%, Mn 0.2 내지 0.5 중량%, Cr 4 내지 13 중량%, Ni 0.1 내지 0.3 중량%, Mo 0.9 내지 1.5 중량%, V 0.2 내지 1.2 중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 합금 조성을 가지는 터널굴착기용 원소재를 준비하기 위하여 각 성분 중량을 칭량하여 용해로에 용해는 단계이다. 상기 터널굴착기용 원소재는 원반 형상, 환봉 형상, 각진 다면체 형상 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The raw material preparation step (s100) is C 0.4 to 1.6 wt%, Si 0.2 to 1.2 wt%, Mn 0.2 to 0.5 wt%, Cr 4 to 13 wt%, Ni 0.1 to 0.3 wt%, Mo 0.9 to 1.5 wt% In order to prepare a raw material for a tunnel excavator having an alloy composition consisting of V 0.2 to 1.2 wt%, balance Fe and other unavoidable impurities, each component weight is weighed and dissolved in a melting furnace. The tunnel excavator raw material may be in the shape of a disk, a round bar, an angled polyhedron, and the like, but is not limited thereto.
상기 열간 형단조 단계(s200)는 상기 터널굴착기용 균열이나 파손없이 원소재를 일정한 형상으로 용이하게 가공하기 위하여, 일정한 온도로 가열된 원소재를 금형에 놓고 프레스로 금형에 압력을 가해 단조하는 것이다.The hot die forging step (s200) is to forge by pressing pressure on the mold by pressing the raw material heated to a constant temperature in a mold in order to easily process the raw material in a constant shape without cracking or damage for the tunnel excavator. .
상세하게는, 상기 열간 형단조 단계(s200)는 가열로에서 가열하여 1100 내지 1200 ℃의 온도 범주에 이른 터널굴착기용 원소재를 가열로에서 1시간 내지 2시간 동안 유지한 후, 가열로로부터 가열된 원소재를 하부 금형에 안착시킨 후 상부금형이 하강하여 형단조를 수행하는 것으로, 상기 열간 형단조 단계(s200)을 통해 상기 터널굴착기용 원소재의 중앙부는 함몰되고 상기 터널굴착기용 원소재의 외각부는 상기 모재부(10)와 돌출부(20)의 외형을 가질 수 있다. Specifically, the hot die forging step (s200) is heated in a heating furnace to maintain the raw material for a tunnel excavator reaching a temperature range of 1100 to 1200 ℃ for 1 hour to 2 hours in the heating furnace, and then heated from the heating furnace After the raw material is seated in the lower mold and the upper mold is lowered to perform the die forging, through the hot die forging step (s200) the central portion of the tunnel excavator raw material is recessed and the tunnel excavator raw material The outer portion may have an outer shape of the
상기 열간 형단조 단계(s200) 시, 작업 온도가 1100 ℃ 미만이면 상기 터널굴착기용 원소재의 표면 또는 내부에 균열이 발생하거나, 결정립 조직이 불균일해져 결정입계에서 크랙이 발생하거나 단조 시 파단이 발생하는 문제가 있고, 1200 ℃를 초과하면 결정립이 조대해지거나 상기 공구강 소재의 표면에 일부 용해가 일어날 수 있어서 최종 제조된 터널굴착기용 커터링 합금강(1)의 경도가 불균일해지는 문제가 있다. 따라서 상기 열간 형단조 단계(s200) 시 온도는 1100 내지 1200 ℃로 유지하는 것이 바람직하다. In the hot die forging step (s200), if the working temperature is less than 1100 ℃ cracks on the surface or inside of the raw material for the tunnel excavator, or the grain structure is uneven, cracks occur at the grain boundaries or fracture occurs when forging If the temperature exceeds 1200 ° C., grains may be coarse or some dissolution may occur on the surface of the tool steel material, resulting in uneven hardness of the final manufactured cutter ring alloy steel for tunnel excavators. Therefore, the temperature during the hot forging step (s200) is preferably maintained at 1100 to 1200 ℃.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열간 형단조한 터널굴착기용 원소재는 HB(브레넬경도) 180 내지 220의 경도를 가질 수 있다. 상기 경도 범주를 만족하는 경우, 최종 제조된 터널굴착기용 커터링 합금강(1)은 커터링 전체 부위에 대하여 높은 경도를 가지면서 균일한 경도 분포를 가지게 하여 경년변화를 방지할 수 있게 한다. According to one embodiment of the present invention, the hot forged tunnel excavator raw material may have a hardness of 180 to 220 HB (Brennel hardness). When the hardness range is satisfied, the final manufactured cutter ring alloy steel 1 for tunnel excavators has a uniform hardness distribution while having a high hardness for the entire portion of the cutter ring, thereby preventing secular variation.
상기 어닐링 단계(s300)는 열간 형단조한 터널굴착기용 원소재를 820 내지 870 ℃에서 일정시간 동안 유지하여 어닐링하는 단계이다. The annealing step (s300) is a step of annealing by maintaining the hot forged tunnel excavator raw material at a temperature of 820 to 870 ℃ for a predetermined time.
상세하게, 상기 어닐링 단계(s300)는 상기 온도 범주에서 열간 형단조한 터널굴착기용 원소재를 장시간 동안 가열, 일정 온도를 유지하면서 서냉하는 것으로, 상기 일정시간 동안 어닐링 단계를 수행함에 따라 상기 터널굴착기용 원소재에 대한 잔류 응력의 제거, 연성 및 인성의 향상, 특정한 미세구조의 형성 등이 이루어진다. Specifically, the annealing step (s300) is to heat the forging for a long time in the temperature range of the raw material for the tunnel excavator for a long time, while maintaining a constant temperature, the tunnel excavator according to the annealing step for a predetermined time Removal of residual stress on the raw material, improvement of ductility and toughness, formation of specific microstructures, and the like are made.
보다 상세하게, 상기 어닐링 단계(s300) 시, 일정시간 동안 유지하는 시간은 상기 터널굴착기용 원소재의 두께 25 mm 당 1 내지 2 시간으로 수행할 수 있고, 상기 온도 범주로 가열한 후 냉각은 약 450 내지 500 ℃ 까지 10 내지 15 ℃/시간 속도로 서냉할 수 있다. 상기 어닐링로에서의 유지 시간 및 서냉 조건은 본 발명에서 목적하는 효과 달성에 좋으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. More specifically, during the annealing step (s300), the time to maintain for a predetermined time may be performed in 1 to 2 hours per 25 mm thickness of the raw material for the tunnel excavator, the cooling after heating to the temperature range is about The slow cooling may be performed at a rate of 10 to 15 ° C./hour to 450 to 500 ° C. The holding time and slow cooling conditions in the annealing furnace are good for achieving the desired effect in the present invention, but are not necessarily limited thereto.
상기 황삭 및 선삭을 하는 가공 단계(s400)는 상술한 단면 형상을 가지도록 상기 어닐링된 터널굴착기용 원소재를 거칠게 가공하는 황삭 가공을 수행하는 단계이다. The roughing and turning step (s400) is a step of roughing the raw material for the annealed tunnel excavator to have a cross-sectional shape described above.
상기 황삭 가공 단계(s400)를 수행함에 따라, 상기 어닐링한 터널굴착기용 원소재는 상술한 터널굴착기용 커터링 합금강(1)의 형상에 대응한 형상을 가지게 된다. As the roughing step s400 is performed, the annealed tunnel excavator raw material has a shape corresponding to that of the above-described tunnel excavator cutter alloy steel 1.
구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 황삭 가공 시 열변형, 후가공 등을 고려하여 상기 중간품은 최종 제조된 터널굴착기용 커터링 합금강(1)의 치수 대비 약 2 내지 3 mm 공차가 생기도록 가공하는 것이 좋으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. As a specific and non-limiting example, considering the heat deformation, post-processing, etc. during the roughing process, the intermediate product is to be processed to produce a tolerance of about 2 to 3 mm compared to the dimension of the cutter ring alloy steel (1) for the final tunnel excavator. Good but not necessarily limited to this.
상기 열처리 단계(s500)는 상기 가공품을 1000 내지 1050 ℃에서 일정시간 유지한 후 급냉하는 단계이다. The heat treatment step (s500) is a step of quenching the workpiece after maintaining a predetermined time at 1000 to 1050 ℃.
상기 열처리 단계(s500) 시, 상기 온도 범주에서 상기 가공품은 Ac3 이상의 오스테나이트 영역으로 가열되며, 가공품 조직을 오스테나이트 조직으로 균일하게 하는 용체화 처리를 한 후 상온으로 급냉(소입)함에 따라 높은 경도를 가지는 커터링을 제조할 수 있게 된다. During the heat treatment step (s500), in the temperature range, the workpiece is heated to an austenite region of Ac3 or more, and after the solution treatment to uniformize the workpiece structure into austenite structure, and then quenched (quenched) to room temperature, high hardness It is possible to manufacture a cutter ring having a.
상세하게, 상기 경화 열처리 단계(s500)는 상기 가공품을 상기 온도 범주에서 진공 열처리를 통해 표면이 산화되는 것을 방지하고 내부조직을 균질화 처리하는 것으로, 진공로 내부에 상기 가공품을 장입하고 진공상태로 만든 후 열을 가해 진공로 내부의 온도를 승온하게 된다. 이를 통해 상기 가공품의 표면 산화반응을 방지할 수 있으며, 표면에서 상기 중간품 모재의 원소가 이탈되는 것을 방지하는 탈탄방지 효과를 얻을 수 있고, 열처리 도중 피처리물의 이동이 없어 재료의 변형이 적고 안전조업이 가능하며, 나아가 광휘성이 뛰어나고 열효율이 높고, 냉각속도가 빠르기 때문에 처리시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 이러한 경화 열처리 단계(s500)는, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 d1) 상기 가공품을 600 내지 700 ℃로 가열하는 1차 예열하는 단계; d2) 800 내지 900 ℃로 승온한 후 유지하는 2차 예열하는 단계; d3) 1000 내지 1050 ℃로 승온한 후 유지하는 본열하는 단계; 및 d4) 상기 본열 후 상온으로 급냉하는 단계;로 이루어질 수 있다. 상기 d1) 내지 d4)를 통해 본 발명에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)의 커터링 전체 부위에 대하여 높은 경도를 가지면서 균일한 경도 분포를 가지도록 하는 효과가 있다. 경화 열처리 단계 중 d4의 상온으로 급냉하는 단계는 물이나 유류, 고압의 가스를 이용하여 급냉을 할 수 있으며 냉각속도에 따라 이를 선택할 있다. In detail, the curing heat treatment step (s500) is to prevent the surface from being oxidized through the vacuum heat treatment in the temperature range and to homogenize the internal structure, to charge the workpiece inside the vacuum furnace and to make a vacuum state After heating, the temperature inside the vacuum furnace is raised. Through this, it is possible to prevent the surface oxidation reaction of the workpiece, and to obtain a decarburization prevention effect to prevent the element of the intermediate material from being separated from the surface, there is no movement of the workpiece during heat treatment, less deformation of the material and safe Operation is possible, and furthermore, it has the advantage of shortening the processing time because of its excellent brightness, high thermal efficiency and fast cooling rate. The curing heat treatment step (s500), according to an embodiment of the present invention, the first pre-heating step of heating the workpiece to 600 to 700 ℃ d1; d2) a second preheating step of maintaining the temperature after increasing the temperature to 800 to 900 ° C; d3) heating to maintain the temperature after heating to 1000 to 1050 ℃; And d4) quenching to room temperature after the main heat. Through d1) to d4), the cutter ring alloy steel 1 for tunnel excavators according to the present invention has an effect of having a uniform hardness distribution while having a high hardness for the entire portion of the cutter ring. During the hardening heat treatment step, the step of quenching to room temperature of d4 can be quenched by using water, oil or high-pressure gas, which can be selected according to the cooling rate.
한편, 상기 경화 열처리 단계(s500)를 거친 가공품은 미세조직이 면적분율로 약 5 내지 20%의 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있다. 상기 범주의 잔류 오스테나이트 조직을 갖는 가공품을 바로 템퍼링 열처리하여 최종 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 제조하면, 사용중 장시간 경과에 따라 치수 및 강도가 변화하는 경년변화 현상이 발생한다. On the other hand, the workpieces subjected to the hardening heat treatment step (s500) may include about 5 to 20% of retained austenite as an area fraction of the microstructure. When the workpiece having the austenite structure in the above range is tempered immediately to produce the cutter tunneling alloy steel 1 for the final tunnel excavator, an aging change phenomenon occurs in which dimensions and strength change with a long time of use.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 후술할 템퍼링 열처리 단계(s700) 이전에 서브제로 다단 냉각 단계(s600)를 수행한다. In order to solve this problem, the present invention performs the sub-zero multi-stage cooling step (s600) before the tempering heat treatment step (s700) to be described later.
상세하게, 상기 서브제로 처리단계(s600)는 -120 내지 -180 ℃에서 냉각 처리하거나 다단으로 냉각한 후 급온하여 표면과 내부의 온도가 같은 온도를 유지하도록 저온욕에 일정시간 침지하여 처리할 수 있다. 상기 서브제로 다단 냉각 단계(s600)를 통해 상기 경화 담금질 열처리한 가공품의 미세조직 중 남아 있던 잔류 오스테나이트 조직이 대부분 마르텐사이트 조직으로 변화할 수 있다. 이러한 서브제로 처리 이후 잔류 오스테나이트 조직이 전체 면적 중 2-3%에 불과하여 오스테나이트 잔류로 야기되던 경년변화를 방지할 수 있게 된다. In detail, the sub-zero treatment step (s600) may be treated by immersing in a low temperature bath for a predetermined time so as to maintain the same temperature of the surface and the inside by cooling after cooling or cooling in multiple stages at -120 to -180 ° C. have. Through the sub-zero multi-stage cooling step (s600), most of the remaining austenite structure in the microstructure of the hardened and quenched workpiece may be changed to martensite structure. After this subzero treatment, the residual austenite structure is only 2-3% of the total area, thereby preventing the secular variation caused by the retained austenite.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브제로 처리 단계(s600)는 상기 경화 열처리 단계(s500) 후 상기 가공품을 -120 내지 -180 ℃로 냉각하여 표면과 내부가 동일한 온도가 되도록 저온욕에 일정시간 유지함으로써 서브제로 처리한다. 상기 서브제로 처리를 통해 담금질 열처리 후 합금강에 잔류하여 경년변화의 원인이 되는 잔류 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 내, 외부 균일하게 최대한 변태시켜 경년변화를 최소화할 수 있고, 본 발명에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)의 부위별 경도의 균일성을 높이는 효과가 있다. According to one embodiment of the invention, the sub-zero treatment step (s600) is a constant in a low temperature bath so that the surface and the inside is the same temperature by cooling the workpiece to -120 to -180 ℃ after the curing heat treatment step (s500) It is processed by subagent by keeping time. Through the sub-zero treatment, the residual austenite structure, which remains in the alloy steel after hardening heat treatment, causing the secular change into the martensite structure, can be transformed to the outside uniformly to minimize the secular change, and the tunnel excavator according to the present invention. There is an effect of increasing the uniformity of the hardness for each part of the alloying alloy steel (1).
상기 템퍼링 열처리 단계(s700)는 상기 서브제로 다단 냉각 단계(s600)를 거친 가공품을 450 내지 540 ℃ 각각의 온도에서 0.5~2시간 동안 템퍼링 열처리하여 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 제조하는 단계로서, 2회 이상 반복하는 것이 조직의 안정성에서 바람직하다. 다단계의 템퍼링에 있어 두 번째의 템퍼링은 첫 번째의 템퍼링보다 10~30℃ 정도 낮은 온도에서 실시하여 가공품의 경도가 감소되지 않도록 하였다.The tempering heat treatment step (s700) is a step of manufacturing a cutter alloy steel (1) for a tunnel excavator by tempering heat treatment of the workpieces passed through the sub-zero multi-stage cooling step (s600) at a temperature of 450 to 540 ℃ for 0.5 to 2 hours. Repeating two or more times is preferred for the stability of the tissue. In the multi-step tempering, the second tempering was performed at a temperature of about 10-30 ° C. lower than the first tempering so that the hardness of the workpiece was not reduced.
상기 템퍼링 열처리 단계(s700)는 상기 서브제로 처리 단계(s600)를 통해 경도가 높아진 가공품을 상기 온도 범주로 가열했다가 일정시간 유지한 다음 냉각하고, 상기 온도 범주로 재가열하여 유지함으로써 조직을 연화, 안정화시켜 최종 터널굴착기용 커터링 합금강(1)의 인성과 내충격성을 부여함과 동시에 부위별 경도의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 재가열 온도는 초기 가열온도보다 낮게 수행하는 것이 상술한 효과 달성에 좋다. In the tempering heat treatment step (s700), the sub-zero treatment step (s600) heats the workpiece having a high hardness to the temperature range, maintains it for a predetermined time, cools it, and reheats and maintains the temperature range to soften the tissue. By stabilizing, the toughness and impact resistance of the cutter alloy steel 1 for the final tunnel excavator can be imparted, and the uniformity of the hardness of each part can be improved. At this time, the reheating temperature is lower than the initial heating temperature is good to achieve the above-mentioned effect.
또한, 상기 템퍼링 열처리 단계(s700)를 통해 상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1)의 조직은 대부분 마르텐사이트로 변화하게 되고, 잔류 오스테나이트 함량은 전체 면적 중 면적분율로 0.5 % 이하일 수 있다. In addition, through the tempering heat treatment step (s700), the structure of the tunneling cutter alloy steel 1 is mostly changed to martensite, and the residual austenite content may be 0.5% or less as an area fraction of the total area.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 원소재 준비 단계(s100), 열간 형단조 단계(s200), 어닐링 단계(s300), 가공 단계(s400), 경화 담금질 열처리 단계(s500), 서브제로 처리단계(s600) 및 템퍼링 열처리 단계(s700)를 통하여, HRC 58 내지 65의 높은 경도를 가지는 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 제조할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the above-described raw material preparation step (s100), hot die forging step (s200), annealing step (s300), processing step (s400), hardening quenching heat treatment step (s500), subzero treatment Through the step (s600) and the tempering heat treatment step (s700), it is possible not only to manufacture a tunneling cutter alloy steel (1) having a high hardness of HRC 58 to 65, but also to the tunneling cutter alloy steel (1) It can manufacture.
마지막으로 일정 치수로 가공하는 단계로서 정밀 가공 단계(s800)는 상기 템퍼링 열처리 단계(s700) 후, 상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 정삭가공하는 단계이다. Finally, the precision machining step (s800) is a step of finishing the cutting alloy steel (1) for the tunnel excavator after the tempering heat treatment step (s700) as a step of processing to a predetermined dimension.
상기 정삭 가공 단계(s800) 시, 상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 상술한 회전축과 비교하여 약 0.5 mm 이하의 공차가 생기도록 가공하는 것이 좋으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In the finishing machining step (s800), it is preferable to process the cutter ring alloy steel 1 for tunnel excavators to have a tolerance of about 0.5 mm or less compared with the above-described rotating shaft, but is not necessarily limited thereto.
이후, 상기 정삭 가공 단계(s800) 통해 제조된 상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1) 약 180 내지 200 ℃에서 열박음하는 열가공 공정을 수행함으로써, 상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1)은 상기 회전축에 끼움 결합되어, 굴착기 작업과정에서 굴착을 진행하는 부품으로 사용될 수 있다. Thereafter, the tunneling cutter ring alloy steel (1) manufactured through the finishing operation step (s800) by performing a thermal processing process shrinking at about 180 to 200 ℃, the tunneling cutter ring alloy steel (1) is It is fitted to the rotary shaft, it can be used as a part for the excavation in the excavator operation process.
또한 본 발명은 상술한 터널굴착기용 커터링 제조방법으로 제조된 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 포함한다. The present invention also includes a cutter ring alloy steel 1 for a tunnel excavator manufactured by the above-described method for manufacturing a cutter ring for a tunnel excavator.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)은, 회전축과 결합되는 모재부;와, 상기 모재부에 비해 상대적으로 좁은 폭을 가지도록 형성되며 반경 방향으로 길게 돌출된 돌출부;로 이루어지는 단면 형상을 가지는 터널굴착기용 커터링으로서, C 0.4 내지 1.6 중량%, Si 0.2 내지 1.2 중량%, Mn 0.2 내지 0.5 중량%, P 0.03 중량% 이하(0 제외), S 0.02 중량% 이하(0 제외), Ni 0.1 내지 0.3 중량%, Cr 4 내지 13 중량%, Mo 0.9 내지 1.5 중량%, V 0.2 내지 1.2 중량%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다. Tunnel excavator cutter alloy steel according to an embodiment of the present invention (1), the base material portion coupled to the rotating shaft; and formed to have a relatively narrow width compared to the base material portion protruding portion protruding in the radial direction; Tunnel excavator cutter ring having a cross-sectional shape consisting of, C 0.4 to 1.6% by weight, Si 0.2 to 1.2% by weight, Mn 0.2 to 0.5% by weight, P 0.03% by weight (excluding 0), S 0.02% by weight ( 0), 0.1 to 0.3 wt% Ni, 4 to 13 wt% Cr, 0.9 to 1.5 wt% Mo, 0.2 to 1.2 wt% V, balance Fe and unavoidable impurities.
본 발명에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)은 상술한 터널굴착기용 커터링 합긍강 제조방법으로 제조됨으로써, HRC 58 내지 65의 경도를 가지고 전체 경도의 평균 표준편차가 HRC 1 이하의 분포를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.The tunneling cutter ring alloy steel 1 according to the present invention is manufactured by the above-mentioned method for manufacturing the tunneling cutter ring joint steel, and has a hardness of HRC 58 to 65 and an average standard deviation of the total hardness of HRC 1 or less. It is characterized by having.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)에 있어, 상기 불순물은 P 0.03 중량% 이하, 및 S 0.02 중량% 이하를 포함할 수 있다. In the cutter ring alloy steel 1 for tunnel excavators according to an embodiment of the present invention, the impurities may include P 0.03% by weight or less, and S 0.02% by weight or less.
이하, 상기 공구강의 합금성분의 작용과 조성의 한정이유에 대해 설명한다. Hereinafter, the operation of the alloy component of the tool steel and the reason for limitation of the composition will be described.
탄소(C): 0.4 내지 1.6 중량% Carbon (C): 0.4-1.6 wt%
C는 마르텐사이트의 경도를 높게하고, 고온 템퍼링에 의해 특수한 탄화물을 형성하여 2차 경화에 기여하고, Cr, Mo, V와 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시키는 원소이다. C의 함량은 Cr의 함량과 상호 관계가 있지만, 0.4 중량% 미만에서는 경도가 낮고, 1.6 중량%를 초과하면 인성이 저하되므로, C의 함량은 0.4 내지 1.6 중량%인 것이 바람직하다. C is an element that increases the hardness of martensite, forms special carbides by high temperature tempering, contributes to secondary curing, and forms Cr, Mo, V and carbides to improve wear resistance. Although the content of C is correlated with the content of Cr, since the hardness is low at less than 0.4 wt% and the toughness is lowered at more than 1.6 wt%, the content of C is preferably 0.4 to 1.6 wt%.
실리콘(Si): 0.2 내지 1.2 중량% Silicon (Si): 0.2-1.2 wt%
Si은 탈산원소로서 첨가되기 때문에, 보통 강 중에 포함된다. 즉, Si 첨가는 강 중에 탄소의 활성도를 증가시켜 강의 경도 향상에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Si은 0.2 중량% 이상의 첨가가 필요하다. 한편, Si을 1.2 중량% 초과로 과잉으로 첨가하면, 굴착시 마찰에 의한 고온의 환경에서 경도 및 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서, Si 함량은 0.2 내지 1.2 중량% 가 바람직하다. 특히 Si 함량을 0.2 내지 1.2 중량%로 하면 편석이 적고, 재료의 내외층에 있어서의 인성차이가 적어진다.Since Si is added as a deoxidation element, it is usually contained in steel. That is, addition of Si increases the activity of carbon in steel and contributes to the improvement of hardness of steel. In order to acquire such an effect, Si needs to add 0.2 weight% or more. On the other hand, when Si is added in excess of 1.2 weight%, hardness and toughness can be reduced in the high temperature environment by friction at the time of excavation. Therefore, the Si content is preferably 0.2 to 1.2% by weight. In particular, when the Si content is 0.2 to 1.2% by weight, segregation is less and the difference in toughness in the inner and outer layers of the material is smaller.
망간(Mn): 0.2 내지 0.5 중량% Manganese (Mn): 0.2-0.5 wt%
Mn은 탈산 및 탈황제로서 작용하고, 강의 청정도를 향상시킴과 동시에 소입성을 양호하게 한다. 그를 위해서는 0.2 중량% 이상 함유시킬 필요가 있지만, 0.5 중량%를 초과하여 첨가하면 굴착시 마찰에 의한 고온의 환경에서 경도 및 인성이 저하 된다. 따라서, Mn 함량은 0.2 내지 0.5 중량%가 바람직하다.Mn acts as a deoxidation and desulfurization agent, improves the cleanliness of the steel and at the same time improves the hardenability. For that purpose, it is necessary to contain 0.2% by weight or more, but when added in excess of 0.5% by weight, the hardness and toughness in the high temperature environment due to the friction during the excavation is lowered. Therefore, the Mn content is preferably 0.2 to 0.5% by weight.
크롬(Cr): 4 내지 13 중량% Chromium (Cr): 4 to 13 wt%
Cr은 소입시에 매트릭스 중에 고용하여 소입성을 높히고, 그와 함께 Cr 탄화물을 형성하여 내마모성을 향상시킨다. 4 중량% 미만에서는 이와 같은 효과가 적고, 한편 l3 중량%를 초과하면 인성이 저하되므로, 상기 Cr 함량을 4 내지 13 중량%로 제한한다Cr is solid-dissolved in the matrix at the time of hardening to increase the hardenability, and together with the formation of Cr carbide, the wear resistance is improved. If the amount is less than 4% by weight, such an effect is less. On the other hand, if the content exceeds l3%, toughness is lowered. Therefore, the Cr content is limited to 4 to 13% by weight.
니켈(Ni): 0.1 내지 0.3 중량% Nickel (Ni): 0.1 to 0.3 wt%
Ni은 퀀칭 시에 매트릭스 중에 고용하여 소입성을 높이는 효과가 있다. 그를 위해서는 0.1 중량% 이상 함유시킬 필요가 있지만, 0.3 중량%를 초과하여 첨가하면 인성이 다소 증가하나, 굴착시 마찰에 의한 고온의 환경에서 고가의 Ni 첨가량 증대에 따른 효과가 미미하므로, 상기 Ni 함량은 0.1 내지 0.3 중량%가 바람직하다.Ni is effective in increasing the hardenability by solid solution in the matrix during quenching. To this end, it is necessary to contain 0.1% by weight or more, but when added in excess of 0.3% by weight, the toughness is somewhat increased, but the effect of increasing the amount of expensive Ni added in the high temperature environment due to friction during excavation is insignificant, the Ni content Silver is preferably 0.1 to 0.3% by weight.
몰리브덴(Mo): 0.9 내지 1.5 중량%, Molybdenum (Mo): 0.9 to 1.5% by weight,
Mo은 강의 소입성을 향상시키고, 소입 강도의 안정화에 기여하는 원소이다. 또한 전경화 담금질 열처리 시 오스테나이트 온도 영역을 낮은 온도측으로 확대시키고, 강중의 P 편석을 완화시키는데 효과적인 원소이므로 본 발명에서는 Mo를 0.9 중량% 이상으로 첨가한다. 다만 Mo 함량이 과다하면 M6C 탄화물의 석출을 야기시켜, 경도의 균일성을 저하시킨다. 따라서, 상기 Mo 함량을 0.9 내지 1.5 중량%로 제한한다. Mo is an element which improves the hardenability of steel and contributes to stabilization of hardening strength. In addition, in the present invention, Mo is added in an amount of 0.9 wt% or more because it is an element effective to expand the austenite temperature region to the low temperature side and to alleviate P segregation in the steel during the quenching annealing. Excessive Mo content, however, causes precipitation of M6C carbides and lowers the uniformity of hardness. Therefore, the Mo content is limited to 0.9 to 1.5% by weight.
바나듐(V): 0.2 내지 1.2 중량% Vanadium (V): 0.2-1.2 wt%
V는 강의 결정립 미세화에 유효한 원소이다. 즉, 전경화 담금질 열처리 공정에서 오스테나이트 결정립 성장을 억제할 수 있다. 또한, V는 강 중에 첨가되어 탄화물을 형성하여 경도 및 인성의 향상에 도움이 된다. 다량으로 함유하면 오히려 굴착 성능과 인성을 저하시키기 때문에 0.2 내지 1.2 중량%로 제한한다. V is an element effective for grain refinement of steel. That is, austenite grain growth can be suppressed in the foreground quenching heat treatment step. In addition, V is added to the steel to form carbides to help improve hardness and toughness. If contained in a large amount, it is rather limited to 0.2 to 1.2% by weight because it lowers the drilling performance and toughness.
인(P): 0.03 중량% 이하 Phosphorus (P): 0.03 wt% or less
인은 불가피하게 함유되는 불순물로써, 결정립계에 편석되어 강의 인성을 저하시키는데 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 인의 함량은 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 인 함량의 상한을 0.03중량%로 관리한다. P는 매트릭스의 결함 발생을 증대시키는 원소이기 때문에 그 함유량을 저감함으로써 인성을 크게 개선할수 있고, 또한 충격치의 이방성을 적게할 수 있다. P는 초석 카바이드의 석출을 억제함과 동시에 석출한 탄화물의 성장을 억제하고, 고온 템퍼링시의 경도를 향상시킬 수 있다. Phosphorus is an impurity contained inevitably and is an element which is segregated at grain boundaries and is a major cause of lowering the toughness of steel. Therefore, it is preferable to control the content as low as possible. In theory, the phosphorus content is advantageously limited to 0%, but inevitably contained in the manufacturing process. Therefore, it is important to manage the upper limit, and in the present invention, the upper limit of the phosphorus content is controlled to 0.03% by weight. Since P is an element that increases the occurrence of defects in the matrix, the toughness can be greatly improved by reducing the content thereof, and the anisotropy of the impact value can be reduced. P can suppress the precipitation of saltpeter carbide and at the same time suppress the growth of precipitated carbide and can improve the hardness at high temperature tempering.
황(S): 0.02 중량% 이하 Sulfur (S): 0.02 wt% or less
황은 불가피하게 함유되는 불순물로써, 열간취성을 유발하는 주요 원인이 되는 원소이므로, 그 함량을 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 황의 함량은 0 중량%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 황 함량의 상한을 0.02 중량%로 관리한다.Sulfur is an inevitable impurity, and is an element that is the main cause of hot brittleness, and therefore it is preferable to control the content as low as possible. In theory, the sulfur content is advantageously limited to 0% by weight, but inevitably contained in the manufacturing process. Therefore, it is important to manage the upper limit, and in the present invention, the upper limit of the sulfur content is controlled at 0.02% by weight.
이하 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 이하에서 설명하는 실시예는 본발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 본 발명이 쉽게 이해되도록 하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. The embodiments described below are intended to easily understand the present invention to those skilled in the art to which the present invention pertains, and the present invention is not limited to the embodiments.
(실시예)(Example)
환봉 형상의 터널굴착기용 원소재를 준비하였고, 터널굴착기용 원소재로 이의 조성은 하기 표 1에 수록하였다. A circular rod-shaped tunnel excavator raw material was prepared, and its composition is listed in Table 1 below as a tunnel excavator raw material.
상기 표 1에서 각 성분조성의 단위는 중량%이다.In Table 1, the unit of each component composition is weight percent.
상기 터널굴착기용 원소재를 700 ℃로 유지되는 가열로에 장입하였으며, 이후 터널굴착기용 원소재의 온도를 서서히 승온하여 목표온도에 도달하도록 하였다. 목표온도는 1050℃부터 1250℃까지 50℃씩 차이를 두어 가열로의 온도를 각각의 온도에서 60분간 유지하였다. 다음으로, 가열된 터널굴착기용 원소재를 하부 금형에 안착시킨 후 상부 금형을 하강시키면서 타격을 가하는 열간 형단조 작업을 각각 25회 타격을 완료한 후 상온으로 냉각하였다. 냉각 후 형단조된 원제품의 균열 및 불량을 조사한 결과 아래의 표 2와 같다. 아래의 표 2를 보면, 1050℃에서 60분 유지한 후 형단조를 하는 경우에는 전체 물량이 방사방향으로 터지는 현상이나 크랙이 발생하였으며, 1250℃에서 60분간 유지한 경우에는 표면에서 결정립 성장이 일어나 결정립이 조대화 되거나 일부분이 용융되어 불량이 발생하였다l. 이에 1100℃에서 1200℃에서 형단조를 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1150℃ 내지 1200℃에서 60분간 유지한 후 25회 형단조를 하는 것이 불량품이 발생하지 않지 않고 형단조의 형태도 최적의 상태인 것을 알 수 있었다.The tunnel excavator raw material was charged to a heating furnace maintained at 700 ° C., and then the temperature of the tunnel excavator raw material was gradually raised to reach a target temperature. The target temperature was varied by 50 ° C. from 1050 ° C. to 1250 ° C. to maintain the temperature of the furnace at each temperature for 60 minutes. Subsequently, the hot die forging operation in which the raw material for the tunnel excavator was placed on the lower mold and then hit while the upper mold was lowered was completed 25 times, and then cooled to room temperature. Table 2 below shows the results of examining cracks and defects of the raw forged products after cooling. As shown in Table 2 below, in case of forging after holding for 60 minutes at 1050 ℃, the whole quantity of the product burst or crack occurred in the radial direction.In case of maintaining at 1250 ℃ for 60 minutes, grain growth occurred on the surface. Coarse grains or partial melting caused defects. Therefore, it is preferable to perform mold forging at 1100 ° C. and 1200 ° C., and more preferably, holding the mold for 25 times after holding it at 1150 ° C. to 1200 ° C. for 60 minutes does not cause defective products and the shape of the mold forging is optimal. It was found out.
후속하여, 상기 열간 형단조 작업을 수행한 터널굴착기용 강종 A, B 전체 원소재 중 불량이 발생하지 않은 실시예 1 내지 6을 가지고 균질화하기 위한 어닐링 열처리를 수행하였다. 어닐링 열처리는 10 내지 15 ℃/시간 속도로 850 ℃ 까지 승온한 후 로내에서 1.5 시간/25mm 로 유지하였고, 이후 480 ℃ 까지 10 내지 15 ℃/시간 속도로 서냉하였으며, 마지막으로 상온까지 공냉함으로써 어닐링 열처리를 완료하였다. Subsequently, annealing heat treatment was performed to homogenize with Examples 1 to 6 in which all kinds of steel grades A and B for tunnel excavators in which the hot die forging was performed were not defective. The annealing heat treatment was heated to 850 ° C. at a rate of 10 to 15 ° C./hour, and then maintained at 1.5 hours / 25 mm in a furnace, and then slowly cooled to 10 ° C. to 15 ° C./hour up to 480 ° C., and finally by air cooling to room temperature. Completed.
다음으로, 상기 어닐링한 터널굴착기용 원소재 각각을 거칠게 황삭가공하여, 도 2의 단면 형상을 갖는 가공품을 얻었다. Next, each of the raw materials for the annealed tunnel excavator was roughed roughly to obtain a workpiece having the cross-sectional shape of FIG. 2.
이후, 상기 강종 A, B 전체의 가공품을 1×10-2~5×10-4 torr 이하로 유지할 수 있는 진공 가열로에 장입한 다음 진공펌프를 이용하여 2×10-3torr로 진공을 유지하면서 열처리를 하였으며, 이와 더불어 강종 A의 실시예 2와 강종 B의 실시예5의 원소재를 진공처리하지 않은 대기 중 배치형태의 가열로에 장입(비교예 5 및 6) 한 후 가열로를 가열하여 각각 경화 담금질 열처리를 수행하였다. Subsequently, the processed products of the entire steel grades A and B are charged to a vacuum furnace that can maintain 1 × 10 -2 to 5 × 10 -4 torr or less, and then maintain the vacuum at 2 × 10 -3 torr using a vacuum pump. The heat treatment was carried out while the raw materials of Example 2 of Steel Grade A and Example 5 of Steel Grade B were charged to a batch-type heating furnace in a non-vacuum atmosphere (Comparative Examples 5 and 6) and then heated. Hardening quenching heat treatment was performed.
상세하게는, 상기 강종 A, B 전체의 가공품을 각각 진공로(실시예 1내지 6)에 장입한 후, 진공로 내부를 진공펌프를 이용하여 2×10-3torr의 일정한 진공도로 한 후 진공로를 약 600 내지 700 ℃로 가열하는 1차 예열 및 800 내지 900 ℃로 승온한 후 유지하는 2차 예열, 목표온도인 1030 ℃로 승온한 후, 두께 25mm 당 90분에 비례하여 일정시간 로에 유지한 후에, 가스 퀀칭(gas quenching)으로 급냉하였다. 퀀칭 가스로는 질소가스를 분사하여 급냉하였으며, 또한 실시예 2 및 실시예 5와 동일한 원소재를 대기 중 배치형태의 가열로에 장입한 후 앞의 실시예 1-1, 6-1의 열처리 방법 및 온도와 동일하게 비교예 7, 8을 수행하였다.Specifically, the workpieces of the entire steel grades A and B are charged into vacuum furnaces (Examples 1 to 6), respectively, and then the inside of the vacuum furnace is subjected to a constant vacuum of 2 × 10 −3 torr using a vacuum pump and then vacuumed. The first preheating to heat the furnace to about 600 to 700 ℃ and the second preheating to maintain after heating up to 800 to 900 ℃, the temperature is raised to 1030 ℃ the target temperature, and then maintained in the furnace in proportion to 90 minutes per 25mm thickness After that, it was quenched by gas quenching. The quenching gas was quenched by injection of nitrogen gas, and the same raw materials as those of Examples 2 and 5 were charged to a heating furnace of a batch type in the air, and then the heat treatment methods of Examples 1-1 and 6-1 were performed. Comparative Examples 7, 8 were carried out as in the temperature.
다음으로, 하기 표 3에 수록된 바와 같이, 불량률이 낮은 실시예 2와 실시예 5의 커터링 합금강을 -120℃부터 -180℃까지 30℃ 간격의 각각의 온도로 저온욕을 준비하고 표면과 내부가 같은 온도를 유지하도록 30분간 저온욕에 침지하여 서브제로 처리한 후 템퍼링 열처리를 실시하였다. 이와 더불어 실시예 2 및 5와 동일한 커터링 합금강을 -90℃에서 서브제로 처리한 후 템퍼링 열처리한 실시한 것을 비교예 5 및 6으로 표시하였다. 상기 각각의 시료에 대하여 템퍼링 열처리는 조직이 안정화되도록 510℃, 480℃에서 각각 1시간 유지하여 2회 템퍼링 열처리함으로써 터널굴착기용 커터링 합금강을 제조하였다. 실시예 1-1, 3-1, 4-1, 6-1과 비교예 7 및 8에 대하여는 서브제로 처리를 -180℃에서만 하였으며 템퍼링 등 나머지 열처리는 실시예 2, 5와 동일하게 실시하였다. 비교예 9는 강종 B의 실시예 5와 서브제로 처리까지 동일한 과정을 거친 시료로서 2단계의 템퍼링을 실시하지 않은 시료이다. Next, as shown in the following Table 3, the low-defect rate cutter ring alloy steel of Example 2 and Example 5 to prepare a low-temperature bath at a temperature of 30 ℃ interval from -120 ℃ to -180 ℃ and the surface and the inside Soaking in a low temperature bath for 30 minutes to maintain the same temperature was treated with a sub-agent and then subjected to a tempering heat treatment. In addition, Comparative Examples 5 and 6 show that the same cutter alloy steels as Examples 2 and 5 were subjected to a tempering heat treatment after being treated with a subagent at -90 ° C. The tempering heat treatment for each of the samples was produced by cutting the alloy alloy for tunnel excavator by maintaining the tempered heat at 510 ℃, 480 ℃ 1 hour, respectively, two times tempering heat treatment. In Examples 1-1, 3-1, 4-1, 6-1 and Comparative Examples 7 and 8, the subzero treatment was performed only at -180 ° C, and the remaining heat treatment such as tempering was performed in the same manner as in Examples 2 and 5. Comparative Example 9 is a sample that was subjected to the same process as Example 5 of Steel Grade B and subjected to the subzero treatment, and was a sample that was not subjected to two-step tempering.
마지막으로, 상기 터널굴착기용 커터링 합금강을 0.5 mm 이하의 공차를 가지도록 정삭 가공하였다. Finally, the tunneling cutter steel alloy was finished to have a tolerance of 0.5 mm or less.
상기 제조된 상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1)에 대하여 도 4 및 도 5의 방법 및 지점에 대하여 로크웰 C 스케일 경도계를 사용하여 HRC 각부분의 경도를 측정하여, 기록하였다. The hardness of each portion of the HRC was measured and recorded using the Rockwell C scale hardness tester for the method and the point of FIGS. 4 and 5 with respect to the manufactured tunneling cutter alloy steel (1).
처리온도
(℃)Subzero
Treatment temperature
(℃)
위의 표 3에 표시된 실시예 1-1 내지 6-1은 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 진공열처리로에서 승온하고 목표온도에서 일정시간 유지한 다음 퀀칭하고 각각의 온도에서 표면과 내부가 일정한 온도가 되도록 저온욕에 30분간 침지하여 서브제로 처리를 한 후, 템퍼링을 2회 실시하여 커터링 합금강을 제조하였으며, In Examples 1-1 to 6-1 shown in Table 3 above, the cutter ring alloy steel 1 for tunnel excavators was heated in a vacuum heat treatment furnace, maintained at a target temperature for a predetermined time, and then quenched. After submerged in a low temperature bath for 30 minutes to achieve a constant temperature, the subzero treatment was performed, and then, two times of tempering was performed to prepare a cutter alloy steel.
비교예 5, 6은 실시예 2 및 5와 동일한 커터링 합금 원소재를 진공에서 동일하게 열처리를 실시한 후 서브제로 처리온도만을 -90℃로 달리하였으며, 비교예 7, 8은 실시예 2 및 5와 동일한 커터링 합금 원소재를 대기 중의 배치로에서 승온 및 일정시간 유지한 다음 퀀칭하고 -180℃의 온도에서 서브제로 처리를 한 후, 템퍼링을 2회 실시하여 제조된 커터링 합금강을 측정한 것이다. 비교예 9는 앞에서 설명한 바와 같이 실시예 5의 원소재를 -180℃에서 서브제로 처리한 후 템퍼링을 전혀 실시하지 않았다. In Comparative Examples 5 and 6, the same cutter alloy raw materials as those of Examples 2 and 5 were subjected to the same heat treatment under vacuum, and only the subzero treatment temperature was changed to −90 ° C., and Comparative Examples 7, 8 were Examples 2 and 5 Cuttering alloy raw material, which is the same as the above, is heated and maintained at a constant temperature in a batch furnace, and then quenched and subjected to subzero treatment at a temperature of -180 ° C. . In Comparative Example 9, as described above, the raw material of Example 5 was treated with a subagent at -180 ° C, and then no tempering was performed.
제조된 커터링 합금강(1)을 절단기로 수직 절단하여 상기 모재부(10)와 상기 돌출부(20)의 단면 형상을 갖는 경도 측정용 단위 시편(101)을 준비하였다. 이후, 상기 모재부(10)와 돌출부(20)에 대한 부위별 경도값을 확인하기 위해, 상기 단위 시편(2)의 측정 부위를 각각 반경방향, 두께방향으로 하여 각 지점에 따른 경도 값을 측정하였다. 상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1)에 대한 HRC 경도를 측정방법은 다음과 같다. 각 측정 부위별 간격은 약 5mm 로 하였으며, 각 측정된 부분 중 도 5와 같이 돌출부와 모재부 모서리 끝부분은 각각의 돌출된 부분의 표면으로부터 내부로 10mm 지점과 모재부의 수평선과 돌출부의 수직지점이 만나는 지점을 연결하여 두 지점의 중간부분이 되는 부분의 각 4부분의 HRC 경도를 기록한 다음 이들 값에 대한 평균값과 표준편차 값을 계산하여 앞의 표 3에 기재하였다. The prepared cutter ring alloy steel 1 was vertically cut by a cutter to prepare a unit specimen 101 for hardness measurement having a cross-sectional shape of the
앞의 표 3에 대하여 설명하면, 본 발명에 있어서 최적의 경도치는 HRC 58 내지 65로, HRC 58 미만의 경도에서는 커터링의 경도가 너무 낮아 커터링의 수명이 너무 짧게 나타났으며, HRC 65 이상에서는 내마모성은 우수하나 내 충격성이 낮아져 실제 터널 작업시 충격에 의해 파손될 우려가 많았다. 이에 따라 경도가 다소 낮아지지만 내충격성을 향상시키기 위하여, 서브제로 처리 이후 인성을 부여하는 템퍼링 단계를 거쳐 내충격성을 상승시키도록 하였다. 이에 기존의 통상적인 방법으로 커터링을 제조하는 경우에는 충격값이 2J/㎠에 불과하나, 본 발명과 같이 -180℃에서 서브제로 처리를 하고 템퍼링 열처리를 행한 경우에는 충격값이 5J/㎠로서 내 충격성이 2배 이상 향상되는 것이다. 또한, 본 발명의 진공열처리는 단면 전체에 걸쳐 표준편차가 HRC 0.5 이내이어서 단면 전체에 걸쳐 균일한 경도분포를 유지하여 터널굴착 시 커터링의 파손을 방지할 수 있다.Referring to Table 3, in the present invention, the optimum hardness value of HRC 58 to 65, the hardness of the cutter ring is too low at the hardness of less than HRC 58, the life of the cutter ring is too short, HRC 65 or more appeared Although the wear resistance was excellent, the impact resistance was low, and there was a possibility of being damaged by the impact during the actual tunnel work. Accordingly, the hardness is slightly lowered, but in order to improve the impact resistance, the impact resistance is increased through a tempering step of imparting toughness after the subzero treatment. When the cutter ring is manufactured by the conventional method, the impact value is only 2J / cm 2, but when the sub-zero treatment and tempering heat treatment are performed at -180 ° C., the impact value is 5J / cm 2. The impact resistance is more than doubled. In addition, in the vacuum heat treatment of the present invention, the standard deviation is within HRC 0.5 throughout the cross section to maintain a uniform hardness distribution throughout the cross section to prevent breakage of the cutter ring during tunnel excavation.
결론적으로 표 3을 보면 낮은 온도에서 서브제로 처리를 한 시료들이 처리를 하지 않은 시료들 보다 더 높은 경도 HRC를 나타내고 있으며, -90℃에서 서브제로 처리를 한 경우에는 강종 A, B 모두 기준치인 HRC 58에 미달하였는바, 높은 서브제로 처리 온도로 인하여 오스테나이트 조직이 마르텐사이트로의 변태가 충분히 일어나지 못한 것에 기인한 것으로 판단된다. 실시예 및 비교예에서 나타나듯이 진공로에서 열처리하여 표면산화가 발생되지 않은 실시예들의 시료들은 HRC 0.5 미만으로 대기중의 배치로에서 열처리하여 표면이 불균일한 비교예보다 경도 표준편차가 현저하게 낮은 것을 알 수 있다. 대기 중에서 열처리하고 서브제로 처리 및 템퍼링 열처리한 비교예 7, 8의 경우에는 일부 원소들이 표면에서 산소와 반응하고 이들의 확산으로 인하여 돌출부 부근에서 측정된 경도의 경우 일부가 현저하게 낮은 경도를 보이는 경우도 있었다. In conclusion, Table 3 shows that the samples treated with subzero at low temperature showed higher hardness HRC than those without untreated, and when subzero treated at -90 ° C, both steel grades A and B were HRC standard values. It was determined that the austenite structure was not sufficiently transformed into martensite due to the high subzero treatment temperature. As shown in the Examples and Comparative Examples, the samples of the Examples which were not subjected to surface oxidation by heat treatment in a vacuum furnace were significantly lower in hardness standard deviation than the Comparative Example, in which the surface was heat treated in an air batch furnace at less than HRC 0.5. It can be seen that. In Comparative Examples 7, 8, which were heat-treated in the air, sub-zeroed and temper-treated, some elements reacted with oxygen on the surface, and some of the hardnesses were measured to be near the protrusions due to their diffusion. There was also.
도 6은 상기 실시예에서 제조된 상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1)에 대한 미세 조직 사진이다. 미세 조직 사진의 측정은 상기 터널굴착기용 커터링 합금강(1)을 5% 질산 수용액에 2 시간 부식시킨 후 측정하였다. 6 is a microstructure photograph of the cutter ring alloy steel 1 for the tunnel excavator manufactured in the above embodiment. The microstructure photograph was measured after corrosion of the tunneling cutter steel (1) in a 5% nitric acid solution for 2 hours.
도 6에 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강(1)은 상술한 열간 형단조 공정으로 인해, 메탈 플로우의 형상 및 조직이 세밀하게 발달된 것을 확인하였다. 이와 같은 커터링 형상과 같은 메탈플로우 형상은 터널굴착기용 커터링 합금강(1)에 높은 조직의 안정성과 치핑을 방지할 수 있는 성능향상을 부여할 수 있다. As shown in FIG. 6, the tunneling cutter alloy steel 1 according to the present invention was confirmed to be finely developed in shape and structure of the metal flow due to the hot die forging process described above. Such a metal flow shape such as a cutter ring shape can impart high performance to the tunneling cutter ring alloy steel 1 to prevent high chipping stability and chipping.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible in light of the above teachings.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
1 : 터널굴착기용 커터링 합금강
2 : 단위 시편
10 : 모재부, 20 : 돌출부, 30 : 수직방향 경도 측정부위, 40 : 수평방향 경도 측정부위
A, B, C D : 경도 측정지점1: Cutter Ring Alloy Steel for Tunnel Excavator
2: unit specimen
10: base material portion, 20: protrusion portion, 30: vertical hardness measurement portion, 40: horizontal hardness measurement portion
A, B, CD: Hardness measuring point
Claims (11)
C 0.4 내지 1.6 중량%, Si 0.2 내지 1.2 중량%, Mn 0.2 내지 0.5 중량%, Cr 4 내지 13 중량%, Ni 0.1 내지 0.3 중량%, Mo 0.9 내지 1.5 중량%, V 0.2 내지 1.2 중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법으로,
a) 상기 합금 조성을 갖는 터널굴착기용 원소재를 1100 내지 1200 ℃에서 열간 형단조하는 단계;
b) 열간 형단조한 터널굴착기용 원소재를 820 내지 870 ℃에서 어닐링하는 단계;
c) 어닐링한 터널굴착기용 원소재를 가공하여, 일정한 단면 형상을 가지는 가공품을 얻는 단계;
d) 상기 가공품을 1000 내지 1050 ℃에서 진공열처리로에서 일정시간 유지한 후 상온으로 급냉하는 경화 담금질 열처리 단계;
e) 잔류오스테나이트를 감축하기 위한 서브제로 냉각 단계; 및
f) 450 내지 540 ℃에서 템퍼링 열처리하여 터널굴착기용 커터링 합금강을 제조하는 단계;를 포함하며,
상기 터널굴착기용 커터링 합금강은 횡단면 전체에 걸쳐 HRC 58 내지 65의 경도를 가지며, 커터링 횡단면 전체 경도의 표준편차가 HRC 1.0 이내인 것을 특징으로 하는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법. It has a cross-sectional shape consisting of a base material portion coupled to the rotating shaft, and a projecting portion formed to have a relatively narrow width compared to the base material portion and protrudes in the radial direction,
C 0.4-1.6 wt%, Si 0.2-1.2 wt%, Mn 0.2-0.5 wt%, Cr 4-13 wt%, Ni 0.1-0.3 wt%, Mo 0.9-1.5 wt%, V 0.2-1.2 wt%, balance Method for producing a cutter ring alloy steel for tunnel excavator having an alloy composition consisting of Fe and other unavoidable impurities,
a) hot forging a tunnel excavator having the alloy composition at 1100 to 1200 ° C .;
b) annealing the hot forged tunnel excavator raw material at 820 to 870 ° C .;
c) processing the annealed tunnel excavator raw material to obtain a workpiece having a constant cross-sectional shape;
d) a hardening quenching heat treatment step of maintaining the workpiece in a vacuum heat treatment furnace at 1000 to 1050 ° C. for a predetermined time and then quenching to room temperature;
e) subzero cooling to reduce residual austenite; And
f) tempering heat treatment at 450 to 540 ° C. to produce a cutter ring alloy steel for a tunnel excavator;
The cutter ring alloy steel for tunnel excavators has a hardness of HRC 58 to 65 over the entire cross section, and the standard deviation of the hardness of the entire cutter ring cross section HRC 1.0, characterized in that the cutter ring alloy steel manufacturing method.
상기 d) 단계의 경화 담금질 열처리는,
d1) 상기 가공품을 600 내지 700 ℃로 가열하는 1차 예열하는 단계;
d2) 800 내지 900 ℃로 승온한 후 유지하는 2차 예열하는 단계;
d3) 1000 내지 1050 ℃로 승온한 후 일정시간 유지하는 단계; 및
d4) 상온으로 급냉하는 단계;로 이루어지는, 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법. The method of claim 1,
Hardening quenching heat treatment of step d),
d1) preheating the workpiece to 600-700 ° C .;
d2) a second preheating step of maintaining the temperature after increasing the temperature to 800 to 900 ° C;
d3) maintaining the constant temperature after raising the temperature to 1000 to 1050 ℃; And
d4) step of quenching to room temperature; consisting of, a method for producing a cutter ring alloy steel for tunnel excavators.
상기 커터링 횡단면 전체의 경도가 HRC 60 내지 63인 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법. The method of claim 1,
Cutter ring alloy steel manufacturing method for a tunnel excavator, characterized in that the hardness of the entire cutter ring cross section is HRC 60 to 63.
상기 커터링 횡단면 전체의 경도에 대한 표준편차가 HRC 0.5 이내인 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법The method of claim 1,
Cutter ring alloy steel manufacturing method for a tunnel excavator, characterized in that the standard deviation of the hardness of the entire cross section of the cutter ring is within HRC 0.5
상기 서브제로 냉각 단계가 -120 내지 -180℃에서 수행하는 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법The method of claim 1,
Cuttering alloy steel manufacturing method for a tunnel excavator, characterized in that the sub-zero cooling step is performed at -120 to -180 ℃
상기 서브제로 냉각 단계를 다단계에 걸쳐 수행하는 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법.The method of claim 1,
Cuttering alloy steel manufacturing method for a tunnel excavator, characterized in that for performing the sub-zero cooling step in multiple stages.
상기 템퍼링 단계를 다단계에 걸쳐 수행하는 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법.The method of claim 1,
Cuttering alloy steel manufacturing method for a tunnel excavator, characterized in that the step of performing the tempering step in multiple stages.
상기 다단계의 템퍼링 단계의 온도는 1차 템퍼링 온도가 이후 템퍼링 온도보다 더 높은 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법.8. The method of claim 7,
The temperature of the multi-step tempering step is a method of manufacturing a cutter alloy steel for tunnel excavator, characterized in that the first tempering temperature is higher than the tempering temperature after.
C 0.4 내지 1.6 중량%, Si 0.2 내지 1.2 중량%, Mn 0.2 내지 0.5 중량%, Cr 4 내지 13 중량%, Ni 0.1 내지 0.3 중량%, Mo 0.9 내지 1.5 중량%, V 0.2 내지 1.2 중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 합금 조성을 갖는 터널굴착기용 커터링 합금강으로,
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 터널굴착기용 커터링 합금강 제조방법으로 제조됨으로써, HRC 58 내지 65의 경도를 가지며, 커터링 횡단면 전체 경도의 표준편차가 HRC 1.0 이내인 것을 특징으로 하는 터널굴착기용 커터링 합금강. It has a cross-sectional shape consisting of a base material portion coupled to the rotating shaft, and a projecting portion formed to have a relatively narrow width compared to the base material portion and protrudes in the radial direction,
C 0.4-1.6 wt%, Si 0.2-1.2 wt%, Mn 0.2-0.5 wt%, Cr 4-13 wt%, Ni 0.1-0.3 wt%, Mo 0.9-1.5 wt%, V 0.2-1.2 wt%, balance A cutter ring alloy steel for tunnel excavators having an alloy composition consisting of Fe and other unavoidable impurities,
It is manufactured by the method of manufacturing a cutter ring alloy steel for tunnel excavator according to any one of claims 1 to 8, has a hardness of HRC 58 to 65, characterized in that the standard deviation of the overall hardness of the cutter ring cross section is within HRC 1.0 Cutter ring alloy steel for tunnel excavators.
상기 커터링 횡단면 전체의 경도가 HRC 60 내지 63인 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강. The method of claim 9,
The cutter ring alloy steel for tunnel excavators, characterized in that the hardness of the entire cutter ring cross section is HRC 60 to 63.
상기 커터링 횡단면 전체의 경도에 대한 표준편차가 HRC 0.5 이내인 것에 특징이 있는 터널굴착기용 커터링 합금강.
The method of claim 9,
The cutter ring alloy steel for tunnel excavators, characterized in that the standard deviation of the hardness of the entire cross section of the cutter ring is within HRC 0.5.
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